Ветровые электростанции.doc--. Ветровые электростанции
 Скачать 124.5 Kb.
|
|
РЕФЕРАТ по дисциплине «Общая энергетика» на тему: «Ветровые электростанции» Выполнил: слушатель группы Егорова О.И. Проверил: ст. преподаватель кафедры ЭПП Ардавака О.О. Камышин 2017 г Ветровые электростанции СОДЕРЖАНИЕ: Введение 1 Принцип действия ветряной электростанции [1] 2 Типы ветровых электростанций2.1. Прибрежная2.2. Шельфовая2.3. Плавающая2.4 Парящая2.5 Горная3 Достоинства и недостатки 3.1 Возобновляемость (неиссякаемость) источника энергии 3.2 Экологичность 3.3 Доступность 3.4 Недостатки ВЭС 3.5 Большие площади 3.6 Проблемы, связанные с работой ветровых электростанций 4 География применения ветряных электростанций Заключение Список использованной литературы Ветровые электростанции Введение Использовать силу ветра в своих интересах человечество научилось давно. Если на заре прогресса люди не имели представления о массовом перемещении воздуха по земной поверхности, то использовать силу ветра в качестве тягловой силы научились сразу же с появлением первых кораблей. Логичным продолжением дела использования ветра на благо человека стали ветряные мельницы. Следующий виток заинтересованности в контроле над воздушными массами и приспособлении их к служению человеку произошел на стыке XIX и XX веков. Тогда появился инструмент, преобразующий силу ветра в энергию, то есть ветряная электростанция. Ветряная электростанция — несколько ВЭУ, собранных в одном или нескольких местах и объединённых в единую сеть. Крупные ветровые электростанции могут состоять из 100 и более ветрогенераторов. Иногда ветровые электростанции называют «ветровыми фермами» [2]. Как и во все времена, поводом к ее созданию послужило стремление экономить. В данном случае традиционные топливные ресурсы, которые, оставаясь популярными, постоянно росли в цене. 1 Принцип действия ветряной электростанции Ветряная электростанция, или инвертор, имеет принцип действия, идентичный с другими ветровыми установками: сила ветра вращает. Перспективное направление лопасти ветряного колеса, которое передает крутящий момент на вал генератора посредством системы передач. В зависимости от конструкции энергия ветра передается также на электрогенератор или водяной насос. Знакомый с основами физики человек без труда сообразит, что количество вырабатываемой энергии прямо пропорционально величине диаметра ветрового колеса и размеру его лопастей. Чем больше ветра одновременно будет воздействовать на лопасть, тем сильнее происходит отдача в виде электроэнергии. Одними размерами решение вопроса получения максимальной отдачи не ограничивается. Воздушные потоки на разной высоте ведут себя неодинаково. Вблизи земли их сила снижается, и скорость замедляется из-за с ландшафта, тормозящего перемещение ветра. Чем выше находится ветряное колесо, тем мощнее поток воздуха, попадающий на него. Конструкция ветровых электростанций Ошибочно было бы полагать, что внешне инвертор выглядит исключительно как ветряная мельница на менее обширном основании. В настоящее время различают три основных типа конструкции ВЭС: пропеллерные. Вращающийся вал в данном случае расположен горизонтально относительно направления ветра. Лопасть-стабилизатор с обратной стороны ветрового колеса позволяет всей конструкции перемещать его по направлению ветра. Самый экономичный из всех разновидностей ВЭС. Скорость вращения таких агрегатов обратно пропорциональна количеству лопастей, поэтому оптимальное их число – три штуки. Имеют самый высокий КПД (0,48) энергии ветра; барабанные; карусельные. В обоих случаях вал, вращающий лопасти, расположен вертикально. Данный тип инверторов монтируется в местах, где направление ветра не имеет большого значения (например, в горах). Массовое применение инверторов в настоящее время является панацеей сразу от нескольких современных болезней цивилизации (о них чуть ниже). В то же время работа ветряных электростанций зависит от множества факторов, на которые человек повлиять не в состоянии [1]. 2 Типы ветровых электростанцийВетроэлектрическая станция (ВЭС) –электростанция, состоящая из двух и более ветроэлектрических установок, предназначенная для преобразования энергии ветра в электрическую энергию и передачу ее потребителю [3]. Самый распространённый в настоящее время тип ветровых электростанций. Ветрогенераторы устанавливаются на холмах или возвышенностях. Промышленный ветрогенератор строится на подготовленной площадке за 7—10 дней. Получение разрешений регулирующих органов на строительство ветровой электростанции может занимать год и более. Для строительства необходима дорога до строительной площадки, тяжёлая подъёмная техника с выносом стрелы более 50 метров, так как гондолы устанавливаются на высоте около 50 метров. Электростанция соединяется кабелем с передающей электрической сетью. Крупнейшей на данный момент ветровой электростанцией является электростанция Альта, расположенная в штате Калифорния, США. Полная мощность — 1550 МВт. 2.1 ПрибрежнаяСтроительство прибрежной электростанции в Германии. Прибрежные ветровые электростанции строят на небольшом удалении от берега моря или океана. На побережье с суточной периодичностью дует бриз, что вызвано неравномерным нагреванием поверхности суши и водоёма. Дневной, или морской бриз, движется с водной поверхности на сушу, а ночной, или береговой — с остывшего побережья к водоёму. 2.2 ШельфоваяШельфовые ветровые электростанции строят в море: 10—60 километров от берега. Шельфовые ветровые электростанции обладают рядом преимуществ:
Шельфовые электростанции строят на участках моря с небольшой глубиной. Башни ветрогенераторов устанавливают на фундаменты из свай, забитых на глубину до 30 метров. Электроэнергия передаётся на землю по подводным кабелям. Шельфовые электростанции более дороги в строительстве, чем их наземные аналоги. Для генераторов требуются более высокие башни и более массивные фундаменты. Солёная морская вода может приводить к коррозии металлических конструкций. В конце 2008 года во всём мире суммарные мощности шельфовых электростанций составили 1471 МВт. За 2008 год во всём мире было построено 357 МВт шельфовых мощностей. Крупнейшей шельфовой станцией в 2009 году являлась электростанция Миддельгрюнден (Дания) с установленной мощностью 40 МВт[2]. В 2013 году крупнейшей стала London Array (Великобритания) с установленной мощностью 630 МВт[3]. Для строительства и обслуживания подобных электростанций используются самоподъёмные суда. 2.3 ПлавающаяСтроительство первой плавающей электростанции. Норвегия. Май 2009 года. Первый прототип плавающей ветровой турбины построен компанией H Technologies BV в декабре 2007 года. Ветрогенератор мощностью 80 кВт установлен на плавающей платформе в 10,6 морских милях от берега Южной Италии на участке моря глубиной 108 метров. Норвежская компания StatoilHydro разработала плавающие ветрогенераторы для морских станций большой глубины. StatoilHydro построила демонстрационную версию мощностью 2,3 МВт в сентябре 2009 года[4]. Турбина под названием Hywind весит 5 300 тонн при высоте 65 метров. Располагается она в 10 километрах от острова Кармой, неподалёку от юго-западного берега Норвегии.  Рисунок 1 – Плавающая ВЭС Стальная башня этого ветрогенератора уходит под воду на глубину 100 метров. Над водой башня возвышается на 65 метров. Диаметр ротора составляет 82,4 м. Для стабилизации башни ветрогенератора и погружения его на заданную глубину в нижней его части размещён балласт (гравий и камни). При этом от дрейфа башню удерживают три троса с якорями, закреплёнными на дне. Электроэнергия передаётся на берег по подводному кабелю. Компания планирует в будущем довести мощность турбины до 5 МВт, а диаметр ротора — до 120 метров. 2.4 ПарящаяПарящей называют ветровые турбины, размещенные высоко над землей, для использования более сильного и стойкого ветра. Концепция разработана в 1930-е годы в СССР инженером Егоровым. Текущим рекордсменом считается «Парящая ветровая турбина Altaeros» (Altaeros Buoyant Airborne Turbine (BAT)), которая будет установлена на высоте 1000 футов (304,8 м) над землей. Этот пилотный проект промышленного масштаба будет находиться на высоте 275 футов выше, чем текущий рекордсмен - Vestas V164-8.0-MW. Последний совсем недавно установил свой прототип в Датском национальном центре тестирования больших турбин (Danish National Test Center for Large Wind Turbines) в Остерильде (Østerild). Высота расположения оси Vestas 460 футов (140 метров), лопасти турбин в высоту более 720 футов (220 метров). У Altaeros мощность турбины 30 кВт. этого достаточно для обеспечения энергией 12 домов. Для поднятия на такую высоту Altaeros использует невоспламеняемую надувную оболочку, наполненную гелием. Проводником для произведенной энергии служат высокопрочные канаты. 2.5 ГорнаяПервая на постсоветском пространстве горная ВЭС мощностью 1,5 МВт была запущена на Кордайском перевале в Жамбылской области Казахстана в 2011 году[7]. Высота площадки - 1200 метров над уровнем моря. Среднегодовая скорость ветра 5,9 м/сек. В 2014 году количество ветротурбин «Vista International» мощностью по 1,0 МВт на «Кордайской ВЭС» было доведено до 9 агрегатов при проектной мощности 21 МВт[8]. В дальнейшем планируется введение в строй Жанатасской (400 МВт) и Шокпарской (200 МВт) ветряных электростанций.  Рисунок 2 - Кордайская ВЭС на юго-востоке Казахстана В феврале 2015 года в Восточных Карпатах у города Старый Самбор запущена в работу первая в Западной Украине горная ВЭС «Старый Самбор 1» мощностью в 13,2 МВт. Общая мощность 79,2 МВТ. Она представлена ветротурбинами VESTAS V-112 датского производства номинальной мощностью 6,6 МВт[9]. Высота площадки 500 - 600 м над уровнем моря, среднегодовая скорость ветра 6,3 м/сек[10]. 3 Достоинства и недостатки 3.1 Возобновляемость (неиссякаемость) источника энергии Получение электроэнергии посредством использования био- или синтетического топлива зависит от наличия этого самого топлива. Малейшие перебои с поставками делают все ТЭЦ бесполезными. Ветер же повсеместно и постоянно напоминает о своем присутствии. Он исчезнет только вместе с воздухом. Экономичность. Получение электроэнергии подобным способом является наглядным пособием мечты каждого бизнесмена – получение максимальной прибыли с минимальными вложениями. Мощность одной ВЭС колеблется в диапазоне от 10 до 1000 Вт и эти параметры зависят только от делового чутья ее собственника. Безальтернативность в особенных случаях. Районов, не освоенных человеком, на планете практически не осталось, чего нельзя сказать о снабжении этих мест всем необходимым (в первую очередь – энергией). Труднопроходимые горные участки, тайга, Заполярье или пустыня – всюду доставка электроэнергии обычными способами растянется на месяцы, если не годы. Наличие ветряных электростанций решает эту проблему раз и навсегда. 3.2 Экологичность Любое производство, основанное на переработке топлива в энергию, выбрасывает в атмосферу огромные объемы вредных здоровью примесей. Бичом нашей планеты на протяжении многих лет является возникновение парниковых зон, уничтожающих все живое. Инверторы же не ухудшают экологию и способствуют поддержанию климата и здоровья человека. 3.3 Доступность Ветер дует везде. Он может иметь разные величины значения относительно уровня моря или иных параметров. Но одно остается неизменным — он есть. Компактность. Инверторы имеют небольшой вес. Их легко транспортировать и монтировать как вдали от цивилизации, так и буквально среди урбанистических центров крупнейших мегаполисов, где идет яростная борьба за каждый свободный квадратный метр площади. Независимость внешняя и внутренняя. Как бы смешно ни звучало на первый взгляд, наличие развитой сети ветряных электростанций служит снижению зависимости небольших государств от монополистов нефтегазового рынка. Если спроецировать ситуацию на меньший масштаб, то при эксплуатации ВЭС для собственных бытовых нужд хозяин такой ветроустановки менее подвержен риску изменения своего бюджета из-за роста цен на топливо. 3.4 Недостатки ВЭС Недостатки ветровых электростанций носят больше субъективный, нежели объективный характер, тем не менее их нужно учитывать вЭлектростанция в Исландии каждом конкретном случае монтажа установок. Зависимость от ветра. Ветер иногда может отсутствовать, или его сила будет недостаточна. Это приведет к полной остановке подачи электричества и к связанным с этим проблемам. Стартовая стоимость. Оборудование ВЭС стоит денег, и одномоментная перестройка хозяйства под получение электричества из воздуха затратна. Помимо самих станций, требуются накопители энергии – аккумуляторы, которые имеют ограниченный срок эксплуатации. Шум вблизи жилых объектов. Шум присутствует вблизи домов, но он создает дискомфорт только в случае одновременной работы большого количества ВЭС. В основном шумят мощные электростанции. Изменение природного ландшафта. С точки зрения эстетики, конечно, обилие мачт с вращающимися лопастями не добавляет красоты окружающей природе. Вопрос в том, что внешне уродует природу сильнее. Радио- и телепомехи. Случаи препятствий работе теле- и радиоприемников зафиксированы, их статистика постоянно изучается. 3.5 Большие площади Если установка компактных ВЭС выгодна в городе, полностью заменить биотопливо в сельской местности возможно лишь в случае массового использования инверторов. Для этого необходима их установка в больших количествах, что приводит к использованию больших площадей. Как видно из предоставленной информации, существенных достоинств ветровые электростанции имеют гораздо больше, чем недостатков. Взвесив все, произведя все необходимые расчеты и убедившись в необходимости использования ВЭС, задаешься вопросом, где же взять эти самые ветроустановки. Производители ветряных электростанций Габариты ветрякаОсновные игроки на этом рынке из Европы. Это Германия (Repower, Siemens, Nordex, Enercon – эта компания занимает второе место в мире), Дания (Vestas – мировой лидер рынка), Испания (Ecotechnia, Gamesa). В число мировых лидеров также входят США (GeneralElectric) Япония (Mitsubishi), Индия (Suzlon). Все эти компании производят оборудование, имеющее мощность от 0,5 до 6 000 кВт. В России одними из крупных частных производителей ВЭС являются ООО «Ветро Свет», ООО «Сапсан-Энергия», «ЛМВ Ветроэнергетика», ООО «СКБ Искра», ООО «ЭнерджиВинд» и др. Также их производство ведется и на промышленных мощностях предприятий ВПК. 3.6 Проблемы, связанные с работой ветровых электростанций Главная проблема – нерегулярность работы поставщика энергии, то есть самого ветра. Ветряные электростанции напрямую зависят от этого фактора, и работа узлов, получающих электроэнергию подобным способом, не может быть непрерывной. Положение усугубляется еще и тем, что сила ветра может служить как на пользу, так и во вред – нарастание силы ветра способно вывести инверторы из строя. Вывод можно сделать только один: за достижение колоссального экономического эффекта от использования воздушных потоков человечество платит зависимостью от их капризов, труднопрогнозируемых и совершенно непредсказуемых по времени. Напрашивается вопрос о целесообразности их использования и монтажа вообще. Зачем людям такой недобросовестный и непунктуальный помощник, к тому же еще и дикий? Ответ заключен в истории цивилизации, которая уже давно просчитала все. Выгоды и недостатки ветряных электростанций Достоинства ВЭС Простота конструкции. Несложный по строению агрегат способен эксплуатироваться людьми без специального образования. Принцип действия понятен всем освоившим курс физики на уровне школы. Вопросов по работе не возникнет. 4 География применения ветряных электростанций Как и среди производителей, лидер по строительству ВЭС – Германия. Европа вообще переживает бум строительства ветроустановок. Ветряная электростанция возле берега растет в скандинавских странах и Греции. В Азии наибольший практический интерес испытывается со стороны Китая. Программа строительства предусматривает обязательный монтаж таких установок при возведении новых зданий. Северная и Южная Америка повсеместно использует энергию ветра на протяжении десятилетий и в сфере фермерского хозяйства активно вытесняет традиционные виды получения электричества. В США сосредоточена пятая часть всей энергии мира, получаемой из ветра. В последние годы Россия активно включилась в процесс сооружения ВЭС, и на сегодняшний момент можно говорить о запуске таких заслуживающих внимания объектов, как: Тюлкильды (Башкортостан). Калмыцкая ВЭС (Калмыкия). Зеленоградская ВЭУ (Калининградская область). Крым. На Крымском полуострове находятся 5 (3 из них – крупнейшие в стране) ВЭС. Достойны упоминания ВЭС, установленные в Мурманске и Республике Саха. Заключение Статистические данные позволяют прогнозировать активный рост использования ВЭС в нашей стране. Зарубежные страны мира тратят все больше бюджетных средств на ветроэнергетику. Вложение денег в эту отрасль – гарантия того, что в мире не остановится производство, когда иссякнут природные ресурсы. При использовании ВЕУ отсутствует загрязнение биосферы продуктами распада, что очень важно. Список использованной литературы
|